亚高温作用下混凝土受力性能试验研究

论文摘要

混凝土结构在温度持续作用下,其材料性能发生显著变化,将出现混凝土开裂、变形增大以及承载能力降低等问题。国内外已进行的高温混凝土力学性能研究多集中于高温区段（500℃以上）。国外制定的一些高温设计规范和规程,因缺乏亚高温区段（≤500℃）受力性能研究而进行简单的假定,国内对于需长期在温度作用下工作的结构,温度不很高时也常按照常温处理,多不符合实际温度作用受力情况。本课题基于实际工程,致力于亚高温下混凝土受力性能的试验研究,以便为相关工程的设计提供参考。本文根据某火电厂结构设计的需要,首先使用有限元软件ANSYS建模,计算其焦炉和烟囱的混凝土部分温度分布,进而确定试验方案。试验共制作137个标准棱柱体试件和18个立方体试件,主要研究亚高温作用下混凝土强度和变形性能的变化规律,其作用温度范围为100℃～500℃,共分9个等级,并探讨温度均匀分布和长时间持续等几种情况。通过试验结果,本文分析了亚高温作用下混凝土失重率、混凝土棱柱体受压强度、受压峰值应变、弹性模量以及应力-应变曲线等随温度和恒温时间的变化规律,给出了相应的拟合公式,并与已有的试验结果进行了比较。试验结果表明,亚高温作用下,随着温度提高,失重率有增大的趋势,而恒温时间对失重率的影响不明显。不同恒温时间下混凝土受压强度随温度衰减规律基本相同,在100℃～250℃温度区段,混凝土棱柱体受压强度衰减已较为明显,在实际应用中必须考虑低温段强度衰减。而大于250℃后则呈直线下降趋势。不同作用温度和恒温时间下混凝土的应力-应变曲线其上升段比较接近,可近似采用统一的方程形式进行描述。本文给出了各种拟合公式,较好地反映了混凝土亚高温作用的受力性能,可用于实际工程亚高温作用混凝土结构的抗火设计。本文还探讨了水汽迁移作用对亚高温下混凝土强度的影响,并基于已有研究成果和必要假定,使用ANSYS进行计算分析。此方法有助于对混凝土亚高温作用强度衰减性能的分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 混凝土热工性能和高温力学性能
• 1.3.1 混凝土热工性能
• 1.3.2 高温下混凝土物理和化学变化
• 1.3.3 高温下混凝土强度
• 1.3.4 高温下混凝土变形规律
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 基于ANSYS 的混凝土温度场计算
• 2.1 引言
• 2.2 热传导方程
• 2.3 初始条件和边界条件
• 2.4 热传导方程的有限元解法
• 2.5 基于ANSYS 的截面温度场有限元分析
• 2.5.1 ANSYS 进行温度场分析的基本过程
• 2.5.2 实际工程结构混凝土温度场计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 试验方案
• 3.1 试验内容
• 3.2 试件
• 3.3 试验装置
• 第4章 亚高温下混凝土受压强度衰减性能
• 4.1 试验概况和宏观现象
• 4.1.1 试验概况
• 4.1.2 试验宏观现象
• 4.2 混凝土亚高温失重分析
• 4.3 混凝土棱柱体亚高温受压强度衰减规律
• 4.4 棱柱体受压强度公式拟合
• 4.4.1 已有公式
• 4.4.2 公式拟合
• 4.4.3 拟合公式比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 混凝土亚高温受压变形性能
• 5.1 引言
• 5.2 混凝土亚高温受压峰值应变
• 5.3 混凝土亚高温弹性模量
• 5.4 混凝土亚高温应力-应变曲线
• 5.4.1 试验应力-应变曲线
• 5.4.2 标准化应力-应变曲线
• 5.4.3 应力-应变曲线公式拟合
• 5.5 本章小结
• 第6章 混凝土亚高温作用受力机理
• 6.1 水汽迁移作用
• 6.1.1 混凝土内的水分
• 6.1.2 混凝土内水汽迁移模式
• 6.1.3 水汽迁移对混凝土强度的影响
• 6.2 高温作用下混凝土内孔隙结构变化
• 6.2.1 孔的分类
• 6.2.2 高温作用下孔结构的变化
• 6.3 水汽迁移作用的有限元分析
• 6.3.1 计算假定
• 6.3.2 计算模型
• 6.3.3 ANSYS 计算
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果